开孔泡沫金属的功能化应用基础研究

摘要

以轻质结构材料的功能化应用需求为背景，结合现代交通、通讯、能源、电力的技术特点，充分运用生物千万年演化所形成的优质结构和材料组合，以生物结构与材料宏微观几何结构与材料拓扑规律为模板，研究以电沉积为特征的轻质开孔泡沫金属制造技术。建立以多孔泡沫金属制备为代表的仿生制造体系，优化了不同孔密度和孔隙率的泡沫金属相关制备技术和经济环保的工艺，实现了可依据泡沫金属使用领域的反馈式设计制备体系，为泡沫金属的功能化应用提供了良好的材料设计和制备基础。同时，结合泡沫金属轻质多孔、比表面积大、孔隙率高且具有母体金属的理化特性，开展了泡沫金属的功能化应用基础研究，以加快泡沫金属的功能化产品发展进程。其功能化应用包括：泡沫金属增强的减磨耐磨材料设计、泡沫金属表面润湿性应用研究、泡沫铅电池板栅材料的电化学性能研究、泡沫金属及其与碳系纳米材料复合的电磁屏蔽性能研究、泡沫金属在气体/流体中的热学特性研究五个方面。考察了泡沫金属在每种功能化应用中的最佳结构参数，例如泡沫金属的孔密度、孔隙率等参数，其中取得的相关结论简介如下：
　　（1）泡沫金属增强的减磨耐磨材料设计方面，向泡沫金属骨架中填充多种润滑材料制备了一系列泡沫金属增强的减磨耐磨材料，有效提高了基体聚合物的耐磨性能；
　　（2）泡沫金属表面润湿性应用研究方面，通过对泡沫金属骨架表面润湿性能的改性，研制了仿水黾的超疏水泡沫金属浮体材料、油水分离材料，以及作为雾气收集器时润湿性与离心辅助收集效率的关系；
　　（3）泡沫铅电池板栅材料的电化学性能研究方面，在泡沫铜基底上电沉积一层致密的铅层制备了泡沫铅用作铅酸蓄电池的集流体板栅，泡沫铅具有比传统铸造铅板栅更大的比表面积，可有效提高铅酸电池活性物质利用率和比能量；
　　（4）泡沫金属及其与碳系纳米材料复合的电磁屏蔽性能研究方面，测试了泡沫铜、泡沫镍、泡沫铜镍合金以及与碳纳米管、石墨烯复合后在X波段的电磁屏蔽屏蔽性能，泡沫金属三维连通的结构使得电磁波入射到材料表面及内部时产生多次反射和散射损耗，直至被吸收，辅以碳系纳米层的吸收散热效应，使得该类复合材料具有较高的电磁屏蔽效能；
　　（5）泡沫金属在气体/流体中的热学特性研究方面，将泡沫铜用作外置的散热翅片和热管类吸液芯，建立了一套可视化泡沫金属表面池沸腾现象研究装置，考察了泡沫铜表面的气泡成核机理，为泡沫铜气固耦合和流固耦合散热模式的应用提供了设计基础。

目录

声明

缩略词

注释表

第一章 绪论

1.1泡沫金属增强的减磨耐磨材料研究进展

1.2泡沫金属表面润湿性应用研究进展

1.3泡沫铅电池板栅材料的电化学性能研究进展

1.4泡沫金属及其与碳系纳米材料复合的电磁屏蔽性能研究进展

1.5泡沫金属在气体/流体中的热学特性研究进展

1.6本章小结

第二章 电沉积制备开孔泡沫金属

2.1泡沫金属前驱体——聚氨酯泡沫的导电化处理工艺

2.2电沉积工艺

2.3热处理

2.4部分泡沫金属的力学性能测试

2.5本章小结

第三章 泡沫金属增强的减磨耐磨材料设计

3.1 不同种类泡沫金属填充固体润滑剂

3.2泡沫铜填充粉体润滑剂的减磨耐磨材料

3.3环氧树脂作为粘结剂的泡沫金属摩擦材料设计

3.4本章小结

第四章 泡沫金属表面润湿性应用研究

4.1超疏水泡沫金属浮体材料研究

4.2超疏水/超亲油泡沫金属油水分离材料设计

4.3表面润湿性及离心力辅助作用下泡沫金属雾气收集性能研究

4.4本章小结

第五章 泡沫铅电池板栅材料的电化学性能研究

5.1实验过程

5.2实验结果与讨论

5.3本章小结

第六章 泡沫金属及其与碳系纳米材料复合的电磁屏蔽性能研究

6.1泡沫金属的电磁屏蔽性能测试

6.2泡沫铜镍合金与碳纳米管复合材料的电磁屏蔽性能研究

6.3泡沫铜镍合金与石墨烯复合材料的电磁屏蔽性能研究

6.4本章小结

第七章 泡沫金属在气体/流体中的热学特性研究

7.1泡沫金属与气体的耦合热学性能研究

7.2泡沫金属与液体的流固耦合热学性能研究

7.3本章小结

第八章 总结与展望

8.1总结

8.2展望

参考文献

致谢

在学期间的科研成果及发表的学术论文